周末趣题之乱切蛋糕随便切N刀,平均而言,可以把一块蛋糕切成多少块
随便切N刀,平均而言,可以把一块蛋糕切成多少块? 为了便于讨论,问题完整描述如下:在圆周上任意选2N个点,再将它们随机分成N对,每对点之间连线,这N条线段可以将整个圆分成M份。求M的统计平均值。
这题一开始觉得好难:----------------------------N刀乱切可能切成【n+1】~【(n^+n+2)/2 】的各种块数,每种块数的情况数各不相同,很难一一排列组合出公式,就很难算出每种总块数,而得出总可能分布块数,去除以1*3*5*7...总种数。想到固定好1.2,3.4 ,5.6,7.8号位置排,只能例举算出M1=2,M2=10/3,M3=5=75/15,对M4=7=735/105,验证不敢确定。----------------------------曾想到“常规”建议我自学的母函数:可以把每种情况的数量信息表达在一个多项式里,赶紧百科词条学习了下,懂了点,但还没能力编出一个匹配的母函数,即使编出了,还不一定会统计。如果这题可以用母函数解,还请“常规”老师演示。-----------------------------------------------------------于是从头再思考:(不考虑存在3线共点的极致0概率)如果第1刀竖切,2块了,第2刀可以左切,右切,横切3种,只有横切与第1刀相交,多出2块,占1/3概率!!!!!!!即会比其它2种多切出1块,(其它2种只能各基本多切出1块)。-----------------------------如果第N刀,平均块数为Mn,第N+1刀,与之前任何1刀痕相交的概率都是1/3,充分利用这一规律:那么,(除了可以基本的下刀多出1块外,)与前N刀多出的平均块数为N*1/3=N/3块!!!!!!!即平均M(n+1)=平均Mn+(1+n/3)。平均Mn=1+(1+0/3)+(1+1/3)+(1+2/3)+(1+3/3)+(1+4/3)+...(1+(n-1)/3)=n+1+n(n-1)/6=(n+2)(n+3)/6-----------------------------原来可以如此简约!!!!!!无需弄清每种切法的块数情况,基本的任2线相交的1/3概率的通用即可。此时便能回味到享受到此题之“趣”了,谢谢!!!